马自达为何研发压燃汽油机,压燃真的比点燃好么?

汽油机用点燃的方式让混合气燃烧、而柴油机则是利用压燃,长久以来人们也似乎接受了汽油机点燃、柴油机压燃的方式,只不过马自达则打破了常规、二代创驰蓝天拥有了压燃的能力(也配了火花塞、在一些条件下还是会切换成点燃),那么汽油机压燃的好处是什么?

马自达为何研发压燃汽油机,压燃真的比点燃好么?

可能很多车友会觉得亮点在压燃上?当然这种认知也正常,毕竟在常规思维中、汽油机怎么能压燃呢?压燃不等于爆震了么?实际上马自达真的不想用压燃的方式,只是在超稀薄状态下的混合气利用火花塞跳火进行点燃是点不着的(或者说没办法把不同浓度的混合气全部点燃),所以迫不得已、马自达才利用了压燃的点火方式!

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压燃是不是爆震?

实际上在发动机点火后、伴随着压燃火花的出现,就可以算作爆震了;实际上爆震产生的原理就是活塞上行压缩混合气、到了接近上止点时会点火,混合气并非一瞬间完全燃尽,在慢镜下也是具备传播特质的、也就是说率先点燃的混合气会发生剧烈膨胀,剧烈膨胀的混合气会配合还未到上止点的活塞一同压缩还未点燃的剩余混合气!

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之后会出现一个或多个过热的点(可能由于积碳多啊之类的原因),产生出几个或很多的压燃火点,使得燃烧变得过于迅速、还未等活塞到达上止点就可能达到了最大的压力值,这就是爆震;而马自达的压燃则是利用了合理的爆震、将爆震从不可控变成了可控状态,不是马自达非要玩压燃这个噱头、而是为了完成超稀薄混合气的燃烧依靠点燃是不行的!

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稀薄燃烧可以获得更高的热效率

说到底马自达依赖压燃、是因为超稀薄状态下的混合气不那么容易点燃;而为什么要稀薄燃烧、什么是稀薄燃烧?其实并不难去理解,咱们常见的空燃比为14.7、被称作理想空燃比,低于14.7、混合气偏浓,高于14.7则混合气偏稀薄,当空燃比大于20、甚至更高的时候就可以被称作超稀薄混合气了,因为燃油浓度太低、火焰点燃进行传播扩散是很困难的!

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而稀薄燃烧的好处在于可以提高热效率,在理想空燃比状态(范围)、热效率若能达到41%就已经很难了,但在稀薄燃烧的状态下热效率可以轻松提高、而且不难,比如这几年间我们总能听到某某车企推出热效率45%甚至突破50%的机器,这真代表内燃机取得了重大突破?实际上99%的机率是在稀薄燃烧状态下做的测试,只不过这样的高热效率意义是什么?在实验室达到60%热效率或许很难、但突破50%并不难!

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稀薄燃烧所带来的弊端

稀薄燃烧的可提高热效率的原理在于—汽油机正常的循环更类似于定容加热循环,而这定容加热循环的指示热效率则是与压缩比和绝热指数属于正比例关系;那么啥是指示热效率?实际上指示热效率就是发动机正常运转时所产生的功与燃料消耗的比值!也就是说随着空燃比不断地被放大、空气质量占比不断被放大,则此时稀薄混合气的绝热比不断接近于空气的绝热比(简单说就是混合气越稀、越近似于空气)!

可得出的结论就是假设空燃比不断增加、热效率也会随之提高;这就是现如今在严格的油耗、排放规则下,为什么各大车企都将手伸向了稀薄燃烧领域,恰恰就是为了不断拉高热效率;而稀薄燃烧的弊端在于富氧燃烧状态下氮氧化物会大量增加,而CO、HC含量则会大幅度降低,关键点在于三元转换氮氧化物需要利用HC、CO,所以稀薄燃烧伴随着的就是氮氧化物的超标,解决方式就是将空燃比直接拉到2倍过量系数、达到29.4时则能减少氮氧化物的产生!

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而超高空燃比状态下、点火困难

空燃比拉到29.4以上解决了排放问题、也提高了峰值热效率,但新的问题是混合气浓度稀的位置没办法用火花塞点燃;朋友们要明白一点虽然说是稀薄燃烧、空燃比要在29.4以上,但实际中并不是气缸中的所有混合气都是29.4以上的空燃比;如上图所示、利用直喷丰富的喷油策略,在燃烧室内形成不同浓度的混合气层(不同空燃比),离火花塞近的混合气层浓度高、容易点燃,而离火花塞越远则越不容易被点燃!

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说到底是火花塞跳火点燃的混合气对外扩散的能量还是不够,毕竟火花塞跳火仅仅是一个着火点;那么我们换一个角度去思考,如果是压燃呢?火花塞跳火在一个点,而压燃这是一个平面,也就是说一个混合气层被压燃,这个混合气层被压燃后有多少火点?蕴含了多大的能量?如此才能确保外散的火焰有足够的能量传播到最底部的最稀薄混合气层,从而完成一个循环;如此来解决稀薄混合气点不着的问题!

马自达为何研发压燃汽油机,压燃真的比点燃好么?

所以马自达之所以会打造压燃汽油机、其实就是为了解决混合气在超稀薄状态下不容易点着的问题,而并不是说压燃有多好、更不是效仿柴油机,只不过压燃汽油机太吸引眼球、使得很多朋友都忽略了本质,本质不是为了压燃、点燃才最离谱,而本质是在点燃没办法完成的状态下、不得不利用压燃来解决超稀薄混合气点不着的问题;所以并不能说压燃比点燃更好,只是在点燃不管用的时候另辟蹊径罢了!

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页面更新:2024-05-17

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